LỜI CẢM ƠN

Để đạt được kết quả này, em xin chân thành cảm ơn tồn thể thầy cơ giáo khoa
Điện – Điện Tử Viễn Thông, đặc biệt là các thầy cơ giáo bộ mơn Tự Động Hóa của
trường Đại học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy và
trang bị cho em những kiến thức cơ bản về chuyên ngành.
Xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Hồng Minh là người hướng dẫn chính đã tận
tình giúp đỡ, định hướng, góp ý và cung cấp những ý tưởng quý báu cũng như cung
cấp tài liệu tham khảo cho em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin cảm ơn bạn bè và người thân đã tạo cơ hội và giúp đỡ em hoàn
thành tốt đồ án này.
Vì kinh nghiệm thực tế và kinh phí cịn hạn chế nên trong q trình thực hiện đồ
án em khơng tránh khỏi những thiếu sót, em mong được sự chỉ bảo, góp ý tận tình từ
thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


TĨM TẮT
Trong q trình hồn thành tiểu luận, em đã được củng cố các kiến thức thực tiễn
cũng như chuyên ngành. Đồng thời đã tìm hiểu, thực nghiệm, thiết kế hệ thống điều
khiển tốc độ động cơ kéo neo tàu thủy. Nhiệm vụ của tiểu luận là tìm hiểu, thực hiện
các mục tiêu sau:


Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển kéo tời, neo tàu thủy.



Tìm hiểu các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ



Sử dụng cảm biến tốc độ, biến tần, bộ điều khiển logic PLC S7-1200.



Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của động cơ kéo neo tàu
thủy sử dụng phần mềm WinCC Runtime của Siemens.

2


Mục Lục
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................4
1.1 Hệ thống tời neo tàu thủy..........................................................4
1.1.1 Đặc điểm của hệ thống tời neo tàu thủy.............................4
1.1.2 Các yêu cầu cơ bản đối hệ thống tời neo............................4
1.2 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ kéo neo bằng biến tần
.........................................................................................................5
1.2.1 Giới thiệu biến tần...............................................................5
1.3 Tìm hiểu chung về PLC..............................................................7
1.3.1 Định nghĩa về PLC................................................................7
1.3.2 Cấu trúc bên trong PLC........................................................8
1.3.3 Nguyên lý hoạt động của PLC..............................................9
1.3.4 Đánh giá ưu điểm nhược điểm PLC......................................9
1.3.5 Tìm hiểu về Wincc.............................................................10
1.4 Tìm hiểu chung về PLC S7-1200..............................................11
1.4.2 Module mở rộng PLC S7-1200............................................12
1.4.3 Nổi bật tính năng...............................................................12

1.4.4 Giao tiếp............................................................................13
2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỐC ĐỘ NEO
TÀU THỦY..........................................................................14
2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống....................................................14
2.2 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................14
2.3 Quy trình cơng nghệ................................................................15
2.3.1 Chế độ Auto điều khiển trên tủ điều khiển........................15
2.3.2 Chế độ Menu điều khiển giám sát trên máy tính hoặc màn
hình cảm ứng HMI.......................................................................16
2.4 Xây dựng thuật tốn điều khiển...............................................16
2.5 Chương trình điều khiển...........................................................17
2.6 Cài đặt cho biến tần LG IG5A...................................................24
2.6.1 Đấu dây biến tần LS IG5A..................................................24
2.6.2 Điều khiển tần số qua biến trở ngoài 0-10V......................25
3. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.............................26
3.1 Kết quả đạt được......................................................................26
3.2 Hướng phát triển đề tài............................................................27
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................28

3


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Hệ thống tời neo tàu thủy

1.1.1 Đặc điểm của hệ thống
tời neo tàu thủy
Tời neo là thiết bị dùng để thu, thả neo, kéo dây cố định tầu khi cập bến. Cấu tạo
chung của tời neo bao gồm: Động cơ điện và thiết bị điều khiển, các bộ phận truyền
động cơ khí, hộp số, trống quấn xích hình sao, trống quấn dây, ly hợp, phanh đai cơ

khí xích neo, neo.
Theo kết cấu cơ khí, tời neo chia làm 2 loại tời trục đứng và tời trục ngang.
Trên tàu hàng, tời neo mũi là các tời trục ngang, nó được thiết kế để đồng thời
thực hiện 2 chức năng thu thả neo khi cố định tàu tại điểm đỗ hoặc thu thả dây buộc
tàu khi điều động.
Đa số các tời trục đứng, động cơ và hộp số cùng các thiết bị điều khiển nằm bên
dưới mặt boong, loại tời này dùng thu thả dây buộc tàu khi điều động. Loại tời này
thường đặt sau lái. Hoặc 2 mạn trên các tàu lớn để thuận tiện cho việc làm dây
Các thông số cơ bản của hệ thống tời neo là: Lực kéo, tốc độ thu neo, thu dây,
thời gian công tác. Khi nhổ neo, thời gian công tác phụ thuộc độ dài xích neo và tốc độ
thu neo.
Đặc điểm của hệ thống tời neo là chúng làm việc trong chế độ ngắn hạn (khoảng
30') tải thay đổi trong khoảng rộng 30 - 200% trị số định mức, động cơ phải có khả
năng dừng dưới điện trong thời gian 1 phút.

1.1.2 Các yêu cầu cơ bản đối hệ thống
tời neo
Neo là 1 hệ thống rất quan trọng có quan hệ trực tiếp đến an toàn của con tàu.
TĐĐ tời neo cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có thể sử dụng neo trong mọi điều kiện thời tiết và trạng thái mặt biển với yêu
cầu cho trước.
- Có thể khởi động với toàn bộ phụ tải.
- Đảm bảo lực kéo cần thiết khi thu xích neo ở tốc độ chậm hoặc dừng dưới
điện.
- Động cơ dừng dưới điện có tải trong thời gian 1 phút.
- Có khả năng giữ neo ở trạng thái treo khi mất điện áp đột ngột.
- Đảm bảo điều chỉnh tốc độ trong khoảng rộng từ tốc độ thu neo bình thường
đến tốc độ chậm đưa neo vào lỗ neo.
4



- Khi hoạt động không gây ảnh hưởng đến công tác của các hệ thống khác.
Theo yêu cầu đăng kiểm, công suất tời neo cần phải đảm bảo thu neo với tốc độ
lớn hơn hoặc bằng 0,17 m/s với lực kéo trên đia hình sao > F1 = 1,13 (qH + G)
- q: Trọng lượng 1m xích neo (N/m)
- H: Độ sâu thả neo (m)
- G: Trọng lực neo (N)
Mô men khởi động cơ cấu neo khi xích neo đứng n cần nạp lực kéo trên đĩa
hình sao khơng nhỏ hơn 2F1. Cơ cấu neo phải đảm bảo đồng thời thu 2 neo ở độ sâu
1/2 độ sâu thả neo. Tốc độ thu neo khi gần tới lỗ neo không lớn hơn 0,167 m/s. Tốc độ
kéo neo vào lỗ không vượt quá 0,017 m/s (< 7m/ ph)
Theo điều kiện phát nhiệt, thiết bị tời neo phải thu neo với tốc độ và lực kéo lớn
hơn 2F1 liên tục trontg thời gian 30 phút hoặc thả một neo với độ sâu quy định.
Nếu dùng động cơ KĐB rơto lồng sóc cho tời neo sau khi làm việc với thời gian
30 phút với tải định mức, động cơ phải đảm bảo làm việc ở chế độ hãm ở điện áp định
mức trong thời gian không ngắn hơn 30 giây.
Động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cũng phải đáp ứng
các yêu cầu trên, nhưng với mômen bằng 2 lần định mức.
Nhiệt độ động cơ sau khi làm việc ở chế độ hãm không được vượt quá nhiệt độ
cho phép 70%.
Đối với tời quấn dây, sau khi làm việc liên tục 30 phút động cơ phải đảm bảo làm
việc ở chế độ hãm trong thời gian khơng ít hơn 15 giây.
1.2 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ kéo neo bằng
biến tần
Trong công nghiệp những phương án thường sử dụng để điều chỉnh tốc độ độ
động cơ không đồng bộ:
- Điều chỉnh điện trở mạch rôto
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
- Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ
Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, phương pháp điều chỉnh

tốc độ động cơ dùng biến tần (thay đổi tần số nguồn cấp) được sử dụng phổ biến với
nhiều ưu thế.

5


1.2.1 Giới thiệu biến tần
Biến tần là thiết bị điện tử biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành
dịng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.
Đối với các bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì
ngồi việc thay đổi tần số chúng cịn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới
cấp vào bộ biến tần.
Theo phương pháp biến đổi tần số thì biến tần được chia thành hai loại: Biến tần
trực tiếp và biến tần gián tiếp.
Biến tần trực tiếp hay còn gọi là biến tần phụ thuộc, là loại biến tần có tần số
vào f1 được biến đổi thành tần số f 2 một cách trực tiếp không phải qua khâu trung gian,
thường dùng cho truyền động điện có công suất lớn, tốc độ làm việc thấp. Biến tần
được sử dụng với phạm vi điều chỉnh f2 < f1.
Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần độc lập, điện áp xoay chiều ngõ vào
với tần số f1 được chuyển thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, qua bộ lọc trung gian rồi
mới biến đổi trở lại điện áp xoay chiều với tần số f2 nhờ bộ nghịch lưu.
Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.2.1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của
biến tần

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều (AC) 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc
thành nguồn 1 chiều phẳng (DC). Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu
diode và tụ điện. Nguồn điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ có
điện áp và tần số cố định.

Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều
3 pha đối xứng. Ban đầu, điện áp 1 chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện.
Điện áp 1 chiều này ở mức rất cao tại DC bus. Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt
6


đóng ngắt thích hợp, bộ nghịch lưu IGBT của biến tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều
3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Hình 1.2.1.1.2 Dạng tín hiệu dịng điện và
điện áp đầu ra biến tần

Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần số
chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ
và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần
số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy
luật nhất định tùy theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mơ men khơng đổi, tỉ số điện
áp/tần số là không đổi.
Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc
4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mơ men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với
yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh
kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng
tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
1.3 Tìm hiểu chung về PLC

1.3.1 Định nghĩa về PLC
PLC (Programmable Logic Controller hay Programmable Controller) là một máy
tính điện tử được sử dụng trong các q trình tự động hóa trong cơng nghiệp.

Thiết bị điều khiển có thể “lập trình mềm”, làm việc theo chương trình lưu trong
bộ nhớ (như 1 máy tính điều khiển chuyên dụng).

7


Thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có thể chức
năng điều chỉnh (như PID, mờ,…) và các chức năng tính tốn khác.
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật
Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) ...

Hình 1.3.1.1.1 PLC Siemens

Ngơn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD
(Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và
Ladder logic là ngơn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
Ngày nay các hệ thống điều khiển hiện đại không thể thiếu PLC, nó được ứng
dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều nghành,
nhiều loại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ
thống điện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, dây chuyền băng tải…vv

1.3.2 Cấu trúc bên trong PLC
Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:
 Bộ nhớ chương trình RAM, ROM
 Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trị xử lý các thuật tốn
 Các modul vào /ra tín hiệu

8



Hình 1.3.2.1.1 Cấu trúc của một PLC

Bên cạnh đó, một bộ PLC hồn chỉnh cịn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng
tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa
đựng chương trình dưới dạng hồn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị
xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phịng, chỉ khi nào chương trình đã
được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC . Đối với các
PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra
chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, …

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của
PLC
PLC nhận thông tin từ các cảm biến và các thiết bị đầu vào được kết nối, xử lý
dữ liệu và kích hoạt đầu ra dựa trên các tham số đã được lập trình trước đó
Các hoạt động bên trong PLC được điều khiển bởi CPU, nó sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ và thực hiện lần lượt từng lệnh trong chương
trình đã được lập trình trước đó, nó sẽ đóng hay ngắt các đầu ra tự khởi động hay ngắt
thiết bị được liên kết.
Tùy thuộc vào đầu vào và đầu ra, bộ điều khiển lập trình PLC có thể theo dõi và
ghi lại dữ liệu thời gian chạy như năng suất máy hoặc nhiệt độ vận hành, tự khởi động
và dừng quy trình, tạo báo động nếu máy gặp sự cố hoặc hơn thế.
Một số tính năng chính của PLC khác với máy tình cơng nghiệp, vi điều khiển và
các giải pháp kiểm sốt cơng nghiệp khác:


I / O – CPU cảu PLC lưu trữ và xử lý dữ liệu chương trình, nhưng các mơđun đầu vào và ra kết nối PLC với phần cịn lại của máy; các mơ-đun I/O
cung cấp thơng tin cho CPU và kích hoạt các kết quả cụ thể. I/O có thể là đầu
9



vào tương tự hoăc đầu vào số; thiết bị đầu vào có thể bao gồm cảm biến,
cơng tắc và bộ đếm, trong khi đầu ra có thể bao gồm rờ le, đèn, van… Người
dùng có thể lựa chọn và kết hợp I/O của PLC để có được cấu hình phù hợp
cho ứng dụng.


Truyền thơng – Ngồi các thiết bị đầu vào đầu ra, PLC cũng có thế kết nối
với các loại hệ thống khác. Ví dụ người dùng có thể xuất dữ liệu ứng dụng
được PLC ghi lại vào hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
(SCADA), giám sát nhiều thiết bị được kết nối. PLC cung cấp một loại các
cổng và giáo thức truyền thông để đảm bảo rằng PLC có thể giáo tiếp với các
hệ thống khác.



HMI – Để tương tác với PLc trong thời gian thực. Các giao diện điều khiển
này có thể là các màn hình đơn gian, với việc đọc văn bản và bàn phím nhập
liệu, hoặc các màn hình cảm ứng lớn tương tự như các thiết bị điện tử tiêu
dùng, nhưng theo cách này, chúng cho phép người dùng xem lại và nhập
thông tin vào PLC trong thời gian thực.

1.3.4 Đánh giá ưu điểm nhược
điểm PLC


Ưu điểm:
 Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
 Thực hiện được các thuật tốn phức tạp và độ chính xác cao.
 Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
 Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu

vào/ra, mở rộng chức năng khác
 Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường
công nghiệp.
 Giao tiếp được với các thiết bị thơng minh khác như: Máy tính, nối
mạng truyền thông với các thiết bị khác.



Nhược điểm:
 Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập
trình.
 Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.

1.3.5 Tìm hiểu về Wincc
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy
IHMI (Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều
10


khiển với q trình tự động hố. Những thành phần dễ sử dụngcủa WinCC giúp tích
hợp những ứng dụng mới hoạc có sẵn mà khơng gặp bất kỳ trở ngại nào.

Hình 1.3.5.1.1 Hệ thống điều khiển bằng
Wincc

- Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp
quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hố một cách dễ dàng.
- Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác
nhau như: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY,... , nhưng nó truyền thơng
rất tốt với PLC của hãng SIEMENS. Nó dược cài đặt trên máy và tính giao tiếp với

PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) của máy tính. Do đó, cần
phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC.
- WinCC cịn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng
với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện ngườimáy đáp ứng nhu càu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể
phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để
mở rộng hệ thống.
- Ngồi khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mơ lớn nhỏ
khác nhau, WinCC cịn có thể dễ dàng tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES
(Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP
(Enterprise Resourse Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mơ tồn
cầu nhờ hệ thống trợ giúp của SIEMENS có mặt trên khắp thế giới.

11


1.4 Tìm hiểu chung về PLC S7-1200
PLC S7 - 1200 là một dịng PLC mới của SIEMENS có độ chính xác cao. Thiết
bị PLC Siemens S7-1200 có thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp với một
loạt các ứng dụng khác nhau.
Với thiết kế theo dạng module, tính chính xác cao, dịng sản phẩm SIMATIC S71200 phù hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau với cấp độ từ nhỏ đến trung
bình. Đặc điểm nổi bật của PLC S7-1200 là được tích hợp sẵn cổng truyền thông
Profinet (Ethernet) và sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic giúp cho
việc lập trình PLC, thiết kế và thi công hệ điều khiển trở nên đơn giản, dễ dàng hơn.

Hình 1.4.1.1.1 PLC S7-1200 và các modun
mở rộng

Các dịng chính của PLC S7-1200 có 5 dịng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU
1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.



PLC S7-1200 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc 50KB work memory.



PLC S7-1200 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc 75KB work memory.



PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory.



PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory.



PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory.

12


Hình 1.4.1.1.2 Đặc tính kỹ thuật của CPU S71200 siemens

Tùy vào ứng dụng điều khiển hệ thống để chọn model phù hợp.

1.4.2 Module mở rộng PLC S71200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngồi để
mở rộng chức năng của CPU. Ngồi ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ giao thức truyền thơng khác.

S7-1200 có các loại module mở rộng sau:


Communication module (CP).



Signal board (SB)



Signal Module (SM)

1.4.3 Nổi bật tính năng


Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLCPLC
 Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở

13


 Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo.
 Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s
 Hỗ trợ 16 kết nối ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.


Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm

và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz 2 ngõ ra
PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái
servo (servo drive)
 Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve,
hay điều khiển nhiệt độ… 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động
xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality)



Thiết kế linh hoạt:
 Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board),
gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà khơng
thay đổi kích thước hệ điều khiển
 Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.
Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU 3 module truyền thơng
có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module
RS232 hay RS485
 Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương
trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware Chẩn đoán lỗi online /
offline.
1.4.4 Giao tiếp

14


Hình 1.4.4.1.1 Cấu hình giao tiếp của PLC
S7-1200




S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point).



Giao tiếp PROFINET với: Các thiết bị lập trình; Thiết bị HMI; Các bộ điều
khiển SIMATIC khác



Hỗ trợ các giao thức kết nối: TCP/IP; SIO-on-TCP; Giao tiếp với S7

2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỐC ĐỘ NEO TÀU
THỦY
2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống

Hình 2.1.1.1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống

Hình 2.1.1.1.2 Sơ đồ cấu hình hệ thống

15


2.2 Sơ đồ nguyên lý
Hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ KĐB 3 pha trong hệ thống
truyền động điện neo tàu thủy nhằm giới thiệu về cấu trúc của một hệ thống điều khiển
thay đổi tốc độ động cơ KĐB 3 pha sử dụng biến tần, PLC, và màn hình cảm ứng
HMI.
Trong đó:
1 – Áp tơ mát 3 pha cung cấp điện cho hệ thống.
2 – Biến tần 3 pha LG IG5A dùng để điều khiển động cơ điện.

3 – Công tắc tơ dùng để điều khiển động cơ quay phải và trái.
4 - Áp tô mát 3 pha cung cấp điện cho phanh điện từ.
5 – Động cơ điện KĐB 3 pha (đóng vai trị là động cơ tời neo).
6 - Bộ nguồn để cung cấp nguồn 24VDC.
7 - PLC S7-1200 (CPU 1212).
8 - Màn hình cảm ứng.
9 – Cảm biến tốc độ encoder 600 xung

16


Hình 2.2.1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều
khiển truyền động điện neo

2.3 Quy trình cơng nghệ
Hệ thống làm việc ở 2 chế độ: Auto và Menu

2.3.1 Chế độ Auto điều khiển
trên tủ điều khiển
Bước 1: Gạt công tắc AUTO/MANUL về MANUAL
Bước 2: FOR khi muốn chạy thuận.
SEV khi muốn chạy nghịch.
Bước 3: Chỉnh tần số motor bằng cách vặn biến trở.
Các trường hợp quá tải, báo lỗi ta nhấn EMERGENCY

2.3.2 Chế độ Menu điều khiển
giám sát trên máy tính
hoặc màn hình cảm ứng
HMI
Bước 1: Gạt cơng tắc AUTO/MANUL về AUTO điều khiển trên máy tính

Bước 2: Chọn chế độ thu neo/thả neo.
Bước 3: Chỉnh tốc độ motor bằng cách nhấn các nút Tốc độ 1, Tốc độ 2 , Tốc độ 3
Bước 4: Start hoặc Stop để chạy hoặc dừng.
Các trường hợp quá tải ,báo lỗi ta nhấn EMERGENCY

17


2.4 Xây dựng thuật tốn điều khiển

Hình 2.4.1.1.1 Lưu dồ chương trình chính và
chế độ Auto

Hình 2.4.1.1.2 Lưu đồ chế độ Menu

18


2.5 Chương trình điều khiển

19


20


21


22



Giải thích chương trình:
Network 1: ĐẾM XUNG CTRL_HSC
+ Hàm CTRL- HSC là hàm đếm xung tốc độ cao.
+ Chân HSC là chân địa chỉ phần cứng của PLC được mặt định sẵng
+ Chân “DIR” ON thì chân “NEW DIR” sẽ có tác dụng .Chân “NEW DIR” là chân
thay đổi hướng đếm. Quay thuận ON sẽ MOVE giá trị “1” vào chân NEW DIR làm
thay đổi hướng đếm lên (đếm số met tăng). Quay nghịch ON sẽ MOVE giá trị “-1”
vào chân NEW DIR làm thay đổi hướng đếm xuống(đếm số met giảm).
Network 2: Hiển thị xung đếm (vòng quay) ra vùng nhớ MD1000 sau khi thưc hiện
lệnh chuyển đổi BCD sang số thực.

23


+ Hàm MOVE : chân ngõ vào IN có địa chỉ là vùng nhớ ID1000(được mặt định trong
phần cứng PLC) là 1 số BCD ta move vào vùng nhớ tạm MD50.
+ Hàm CONV: dịch số BCD sang số thực tại vùng nhớ MD50 sang vùng nhớ
MD1000(MD1000 sẽ hiển thị xung đếm lên hoặc đếm xuống khi quay thuan/nghịch).
Network 3: NHÂN VỚI CHIỀU DÀI VÒNG QUAY MOTOR.
+ 1 lần đếm xung (1 vòng quay) tại vùng nhớ MD1000 nhân với chiều dài 1 vòng của
motor là 0.09m ra số met hiện tại tại vùng nhớ MD16.
Network 4: So sánh số met thả neo với số met hiện tai khi quay nghịch.
+ I0.6 ON (công tắc nghịch), M1.2 ON (vùng nhớ công tắc nghịch trên HMI) thì sẽ so
sánh số mét hiện tại tại vung nhớ MD16 với số mét cài đặt khi quay nghịch tại vùng
nhớ MD12. Nếu số mét cài đặt ≤ số mét hiện tại thì quay nghịch sẽ tắt được lưu tại
vùng nhớ M2.2.
Network 5: So sánh số mét thu neo với số mét hiện tai khi quay thuận.
+ I0. ON (công tắc thuận), M1.1 ON (vùng nhớ cơng tắc thuận trên HMI) thì sẽ so

sánh số mét hiện tại tại vung nhớ MD16 với số mét cài đặt khi quay thuận tại vùng nhớ
MD12. Nếu số mét cài đặt ≥ số mét hiện tại thì quay thuận sẽ tắt được lưu tại vùng nhớ
M2.1.
Network 6: Analog 0-10v xuất ra từ biến tần để tính vịng/phút.
+ Hàm NORM_X: chân MIN-MAX có đia chỉ từ 0-27648 được mặc định sẵng trong
PLC s7-1200 sẽ tương ứng với biến tần chạy với tốc độ 0-50hz. Chân VALUE là chân
địa chỉ ngõ vào analog input được mặt định sẵn là IW64.
+Hàm SCALE_X: sẽ tính tương đương biến tần chạy 0-50hz sẽ bằng 0-2800
vòng/phút. Sẽ lưu tại vùng nhớ MD36 sẽ hiển thị trên HMI.
Network 7: Chế độ AUTO/MANUL khi chạy thuận bằng các công tấc hoặc trên HMI.
Network 8: Chế độ AUTO/MANUL khi chạy nghịch bằng các công tấc hoặc trên
HMI.
Network 9: Cấp nguồn relay biến trở.
+ Khi bật qua MANUL tại I0.2 sẽ làm ON Q0.3 cấp nguồn cho relay hoạt động =>
biến trở chỉnh tốc độ motor có tác dụng.
Khi bật qua AUTO tại I0.3 sẽ làm biến trở mất tác dụng.
Network10: Đèn hiển thị HMI.
+ Khi bật qua AUTO (I0.3 ON) thì sẽ làm cho biến nhớ tạm M1.7 ON=>đèn hiển thị
HMI sẽ sáng.
24


Network11: Đèn quá tải HMI
+ Khi biến tần quá tải sẽ đưa tín hiệu về PLC tại I0.7 ON => đèn quá tải HMI sẽ sang
(đèn được lưu tại vùng nhớ M0.5).
Network 12: Cấp độ 1 khi chạy AUTO
+ Khi bật qua AUTO (I0.3 ON) trên HMI ta nhấn tộc độ 1 (tại vùng nhớ M4.1) thì
Q0.0 sẽ ON=> tốc độ 1.
Network 13: Cấp độ 2 khi chạy AUTO
+ Khi bật qua AUTO (I0.3 ON) trên HMI ta nhấn tộc độ 2 (tại vùng nhớ M5.1) thì

Q0.1 sẽ ON=> tốc độ 2.
Network 14: Cấp độ 3 khi chạy AUTO
+ Khi bật qua AUTO (I0.3 ON) trên HMI ta nhấn tốc độ 3 (tại vùng nhớ M6.1) thì
Q0.2 sẽ ON=> tốc độ 3.
Network 15: Xử lý tín hiệu analog
Network 16: Off 3 cấp tốc độ
Network 17,18: Thay đổi hướng đếm thuận, nghịch
Network 19,20: Nút nhấn thuận nghịch trên HMI
Network 21: Tính tốc độ quay của động cơ
2.6 Cài đặt cho biến tần LG IG5A

2.6.1 Đấu dây biến tần LS IG5A
- Đấu dây động lực.
Nguồn vào 3 pha R, S, T. Nếu là 1 pha thường vào R, T. Động cơ đấu vào U, V, W. B1,
B2 dùng để gắn điện trở hãm động năng.
Sơ đồ có dạng như sau

Hình 2.6.1.1.1 Sơ đồ cấu trúc của biến tần LS

25